“分子遺傳學”課程實驗教學改革的探索
——以北京林業大學為例

謝劍波 張德強

(北京林業大學生物科學與技術學院，北京 100083)

“分子遺傳學”課程實驗教學改革的探索
——以北京林業大學為例

謝劍波 張德強

(北京林業大學生物科學與技術學院，北京 100083)

“分子遺傳學”課程實驗教學提升了林業人才的理論與科研水平，也是林業人才培養的重要課程之一。一直以來，北京林業大學“分子遺傳學”課程本科實驗教學內容單一，難以調動學生學習的積極性。為提高“分子遺傳學”課程實驗教學質量，實施創新型人才的培養目標，依托林木育種國家工程實驗室和本科教學實驗室中心教師隊伍，在“分子遺傳學”實驗課程學習的基礎上，開設了創新性實驗項目。采用理論學習、開放式實驗、實驗技術交流平臺等多種方式，開展了“分子遺傳學”課程實驗教學改革。從實驗教學改革效果上看，“分子遺傳學”課程實驗教學新模式有助于調動學生參與的積極性，激發了學生學習分子遺傳學知識的熱情，促進了教師的知識更新和教學水平的提高。

本科教學；分子遺傳學；實驗教學

實驗教學是鞏固理論知識的重要環節，是全面實施素質教育、培養掌握科學技術和方法的高素質人才的重要途徑，是本科教學過程中不可或缺的重要環節，也是深化實驗教學改革和提高實驗教學質量的重要途徑之一[1-2]。林木分子遺傳學是研究林木遺傳變異和規律的遺傳學分支學科，主要通過分子手段對林木遺傳變異進行研究，加快良種繁育進程，包括基因輔助育種、分子標記輔助育種、種質資源收集等內容，是一門理論性較強的學科。分子遺傳學的迅猛發展以及生物各學科之間的交叉滲透，使得分子遺傳學理論知識和實驗技術更新速度加快、知識總量大增，學科前沿知識不斷更新。于此同時，作為生物科學中重要的一個分支，“分子遺傳學”課程依舊采用傳統的實驗教學模式，學生產生的問題得不到及時解答，進而極大地打消了學生參與分子實驗的積極性。為了提高“分子遺傳學”課程實驗教學的效果，筆者依托林木育種國家工程實驗室、本科教學實驗室中心實驗教師隊伍以及互聯網社交媒體，對現有實驗教學模式進行了改革，并通過實驗技術交流平臺強化了“分子遺傳學”理論知識，提升了實驗技術水平。

一、 “分子遺傳學”課程實驗教學面臨的問題

(一) 實驗教學形式和考核方式陳舊

傳統教學方式較為突出：教師先將“分子遺傳學”涉及到的實驗內容、詳細的實驗步驟及預期的實驗結果通過多媒體形式展示出來，并在講解過程中進行解惑，之后學生獨立進行實驗。這種教學方式是在傳統教學的框架下形成的，導致許多學生被動參與實驗，無法調動學生做實驗的積極性，使學生失去了對實驗操作的興趣。而“分子遺傳學”實驗課程成績僅由教師根據學生最終提交的實驗報告來確定，這種考核方式非常主觀，導致部分學生不重視實驗過程，抄襲實驗報告的現象時有發生，在學生中造成了消極的影響，削弱了學生參與實驗的積極性、主動性和創造性。

(二) 缺乏適宜的實驗室

長期以來，由于缺乏適宜的實驗室，“分子遺傳學”實驗課程教學內容主要在北京林業大學實驗樓進行。由于實驗室實驗設備及材料有限，比如PCR儀、電泳儀僅有2～3臺，移液槍10把，SSR引物只有20對左右，很難保證每位學生都有機會直接完成實驗操作任務。此外，有限的實驗室空間更使許多學生無法參與到正常的實驗中，實驗效果較差。

(三) 缺乏實驗課專職教師或高水平的實驗課教師

“分子遺傳學”實驗課程教學主要是由理論課教師兼任，而且一名教師一次指導20名以上的學生做實驗。教師在備課的同時，還要準備實驗耗材、熟悉操作步驟，造成理論課教師時間與精力的緊張，直接影響“分子遺傳學”實驗課程教學效果。此外，“分子遺傳學”理論課教師的實驗設計思路有限，很難提出建設性的實驗思路，使得實驗步驟單一、難有創新性。

(四) 缺乏完備的實驗教學指導書

由于缺少正式出版的“分子遺傳學”實驗教學指導教材，學生只能根據相關的教材和教師的指導整理實驗手冊，并據此開展相應的實驗活動。由于實驗是一個比較復雜的過程，當實驗材料發生改變的時候，相應的實驗操作步驟也會發生相應的變化，因此根據相關教材整理出來的實驗指導手冊對林木“分子遺傳學”實驗沒有針對性，往往達不到預期的實驗效果。實驗指導手冊也沒有對實驗過程中可能出現的問題進行解答，不利于學生學習了解“分子遺傳學”課程實驗操作的具體過程。

(五) 缺乏有效的實驗技術交流平臺

構建主義理論認為，學生的學習過程和科學家探索過程在本質上是一樣的，都是一個發現問題、分析問題、解決問題的過程[3]。由于缺乏有效的交流手段，這樣一個循序漸進的實驗能力提高過程被阻斷在解決問題的過程中。學生與教師之間、學生與學生之間沒有一個實時的交流平臺，學生在實驗操作中遇到的問題很難得到及時的解答，導致學生的實驗技術水平難以得到提高，教師實驗技能也難以得到拓展。

二、 “分子遺傳學”課程實驗教學改革的措施

(一) 組建合適的實驗教學平臺和優秀的實驗課教師隊伍

“分子遺傳學”實驗教學體系的改革須遵循實驗教學規律。北京林業大學生物科學與技術學院堅持知識傳授、能力培養、素質教育全面協調發展的實驗教學理念，將理論教學與實驗教學有機融合，使實驗教學從輔助地位轉變為創新素質培養的關鍵環節，從根本上改變了實驗教學依附于理論教學的傳統觀念，符合以“國家需求”“學科需要”為目的的林學高層次人才培養目標?！胺肿舆z傳學”作為生物科學與技術學院優勢課程，完全可以依托現有的國家級平臺，結合教學基地建設，推動實驗教學的改革。

目前，北京林業大學生物科學與技術學院建有“林木育種國家工程實驗室”“林木花卉遺傳育種教育部重點實驗室”等實驗平臺。林木育種國家工程實驗室下設樹木分子遺傳與功能基因組、林木分子標記輔助育種、林木基因工程育種、林木細胞遺傳與細胞工程育種、林木良種繁育等專門實驗室，以及與之配套的人工氣候室、溫室、組培室和大型儀器設備室等，并配有優秀的實驗教師。這些為“分子遺傳學”課程的實驗內容設計提供了較豐富的選擇，為組建優秀的實驗教師隊伍提供了良好的平臺。

(二) 引導學生自主設計實驗

根據教學目的及教學條件，“分子遺傳學”實驗項目內容分為基礎性實驗、綜合性設計實驗、研究創新性實驗3個層次[4]。北京林業大學在“分子遺傳學”實驗課程內容設計方面，充分考慮重點實驗室的平臺條件及遺傳學學科的特點，開展了綜合性設計實驗。其實驗內容如下：毛白楊SSR分子標記引物設計、毛白楊SSR分子標記的篩選、毛白楊分子標記擴增、種間分子標記穩定性評估、分子標記連鎖圖譜構建、關聯做圖、連鎖不平衡衰退計算等。通過以上實驗內容設置，可以使學生鞏固課堂所學知識，真正將所學知識運用到實踐中，提高學生分子標記的設計、分析能力。

另外，北京林業大學“分子遺傳學”實驗課程指導教師結合楊樹的基因組特點，設計了合理的SSR分子標記位點，并對重要的與性狀有顯著關聯的位點進行了篩選。同時，利用關聯分析結果對連鎖不平衡進行了分析，提取了合理的代表性標記位點，從而提高了學生將理論知識轉化為解決實際問題的能力。其中，依據楊樹的物種特點設計的分子標記位點篩選與“分子遺傳學”中的分子標記輔助育種內容有效契合，提高了學生對抽象理論內容的理解能力以及通過實踐理解科學問題的能力。此外，“分子遺傳學”實驗課指導教師還鼓勵學生根據實驗內容選取與自己研究課題相關的實驗進行開放性實驗設計，并按照課程要求完成實驗，有效地推動了實驗進度，提高了學生參與實驗的積極性。

(三) 編寫完整的實驗指導手冊

為增強“分子遺傳學”實驗課程的可操作性、可控性，實驗指導教師根據實驗內容和實驗平臺實際情況編寫了“分子遺傳學”實驗指導手冊?！胺肿舆z傳學”實驗指導手冊內容包括實驗進度安排、實驗內容及操作步驟、注意事項、實驗報告模板等。通過實驗指導教師課前的講解，學生可以了解實驗設計思路、時間總體安排、注意事項、實驗目的、成績考核原則，以及實驗指導教師的聯系方式等信息。同時，“分子遺傳學”實驗指導手冊中還包含了實驗中必要的軟件下載地址及計算原理，一方面可以保證數據能夠準確計算，另一方面也為學生將來開展科研工作提供借鑒。實驗報告格式模板的目的在于保證最終提交的實驗報告的一致性和規范性，便于存檔。

(四) 制定科學合理的實驗課考核標準

“分子遺傳學”實驗課程考核采用百分制進行評定，成績除由所有實驗課程參與次數、實驗報告質量組成外，還增加了實驗小組多媒體匯報環節，用以引導學生組成科研小團隊，提高學生團隊協作解決問題的能力?！胺肿舆z傳學”實驗課程的成績為百分制，實驗參與次數占40分，主要考核學生參與實驗調查的認真態度以及是否遵守實驗紀律；實驗報告的質量占40分，主要考核實驗數據整理是否科學準確、報告撰寫是否認真規范、實驗數據分析和討論是否深入；多媒體匯報環節占20分，由小組代表負責匯報，主要考核幻燈片的制作質量和學生的語言表達能力。

(五) 建立師生溝通交流平臺

當代教學面臨一個重要的問題就是師生關系的疏離，師生之間、學生之間在知識交流方面缺乏必要的溝通交流，致使學生在實驗課中遇到的問題難以及時解決。北京林業大學“分子遺傳學”實驗課程嘗試使用“騰訊QQ、微信”等社交平臺建立師生實驗技術交流群，目的是及時解答課程及實驗中出現的問題、分享課程和實驗作業以及“分子遺傳學”課程最前沿的實驗技術。同時，教師還可以實時將科技前沿的資訊、實驗教學視頻等信息上傳到交流平臺，供所有的選課學生學習、分享。

三、 “分子遺傳學”課程實驗教學改革的效果

學期末，筆者對選課的65名學生進行了問卷調查，調查內容及結果見表1。從調查問卷結果可以看出，93.85%的學生對“分子遺傳學”實驗課程的內容及形式表示滿意，認為課程內容能夠及時傳達遺傳學學科前沿的實驗技術；78.46%的學生對師生實驗技術交流平臺的建立持非常積極的態度，認為師生實驗技術交流平臺的建立能夠促進師生之間的交流、及時解決學生遇到的問題；84.62%的學生認為教師在實驗課程中能夠進行師生互動，對拉近師生關系起到了積極作用；95.38%的學生認為“分子遺傳學”實驗課程的內容飽滿，不僅提高了學生的動手能力，而且很好地鞏固了學生的理論知識；92.31%的學生認為“分子遺傳學”實驗課程期末考核形式合理，利于評價學生的學習效果。然而，分別有3.07%、6.15%的學生對師生互動、教師在交流平臺解答的問題不滿意，這說明，“分子遺傳學”實驗課程在這些方面還有待提高。

表1 學生對“分子遺傳學”課程實驗教學改革效果的評價 %

總之，“分子遺傳學”實驗課程教學改革促進了實驗技術交流平臺的建設，充分利用了現有的重點實驗室資源以及所屬的各個學科的儀器、設備，完善了教學體系，激發了學生學習的興趣，提高了學生綜合分析、實驗設計的能力，增強了學生團隊協作的意識。

[1] 梁麗.構建分層次實驗教學體系 培養創新型人才[J].實驗室研究與探索，2014，33(1)：217-219.

[2] 易紅.高校實驗教學與創新人才培養[J].實驗室研究與探索，2008，27(2)：1-4.

[3] 李軍靠.傳統教學的弊端與矯治[J].延安教育學院學報，2003，17(1)：4-6.

[4] 張敬懷.電子技術實驗教學改革與創新人才培養[J].實驗技術與管理，2003，20(3)：109-111.

(責任編輯 孫艷玲)

北京林業大學2015年研究生課程建設項目———“分子遺傳學”全英文研究生核心課程建設，項目編號YWKC1504。